Entwicklung und Bewertung eines hierarchischen Künstlichen Hormonsystems zur skalierbaren Taskvergabe in großen Rechnernetzwerken
Das Ziel des HiKüHoS-Antrages ist die Erforschung, Entwicklung und Evaluation eines hierarchischen künstlichen Hormonsystems (HKHS), welches eine völlig dezentrale, selbstorganisierende und echtzeitfähige Taskzuordnung für verteilte eingebettete Systeme mit sehr großer Anzahl von Rechenknoten (z.B. 10000) ermöglicht. Die Arbeiten bauen hierbei auf einem existierenden nicht-hierarchischen künstlichen Hormonsystem (KHS) auf. Dieses realisiert verteilte Regelkreise durch künstliche Hormone und ordnet so Tasks echtzeitfähig und dezentral an Rechenknoten in einem verteilten eingebetteten System zu. Es gewährleistet hierbei Eigenschaften wie Selbstkonfiguration, Selbstheilung und Selbstoptimierung, kurz: Selbst-X-Eigenschaften. Das KHS hat sich als ein leistungsfähiges Instrument erwiesen, solange die Anzahl der Rechenknoten, auf denen es operiert, überschaubar bleibt: So kann es mit einer Anzahl von 50 bis 100 Rechenknoten sehr gut umgehen. Mit zunehmender Anzahl von Rechenknoten steigt jedoch die durch künstliche Hormone verursachte Kommunikationslast sowie auch die Task-Zuteilungszeit an. Bei mehr als 100 Rechenknoten können so Probleme durch Kommunikationsüberlastung und Nichteinhaltung von gegebenen Zeitschranken auftreten.
Dem soll durch die Erforschung hierarchisierender Konzepte für das KHS begegnet werden. Das HKHS soll für den Einsatz mit einer sehr großen Menge an Rechenknoten nutzbar sein. Dabei stehen insbesondere Eigenschaften wie die Gewährleistung von Echtzeitschranken, Selbst-X-Eigenschaften und eine beschränkte Kommunikationslast im Fokus der Forschung. Der Rahmen des Antrages geht hierbei deutlich über eine einfache Skalierung des KHS hinaus: Es sollen gänzlich neue Methoden und Techniken zur Hierarchisierung des KHS entwickelt und erforscht werden. Dabei sollen sich die Rechenknoten in Cluster gruppieren, die in ihrer einfachsten Form statisch sind, sich aber in fortgeschrittenen Varianten zur Laufzeit völlig selbstorganisiert mittels des HKHS herausbilden. Das HKHS unterteilt sich so in globale (Cluster-übergreifende) und lokale (Cluster-interne) Hormon-Regelkreise. Die Taskzuordnung soll damit selbstorganisierend auf und innerhalb der Cluster erfolgen. Dazu müssen Taskgruppierungen gefunden werden, welche zu den Rechenknotenclustern passen. Auch dies kann im einfachsten Fall statisch durch den Anwender und in fortgeschrittenen Varianten selbstorganisierend durch das HKHS erfolgen. Ein entscheidender Vorteil der Hierarchisierung des KHS ist, dass die systemweite Kommunikation stark eingeschränkt und die Kommunikationszeiten verkürzt werden. Durch die reduzierten Kommunikationszeiten sowie die Gruppierung von Rechenknoten und Tasks verringert sich auch die Task-Zuteilungszeit. Im HiKüHoS-Antrag sollen verschiedene Konzepte zur Hierarchisierung erforscht und die resultierenden Eigenschaften des HKHS in Bezug auf Echtzeitfähigkeit, Selbst-X-Eigenschaften und Kommunikationslast evaluiert und bewertet werden. Die Ergebnisse sollen schließlich durch den Einsatz an einem Demonstrator bestätigt werden.
